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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät mit einem Antriebsstrang
zur Betätigung
eines beweglichen Kontaktes, wobei der Antriebsstrang eine mit dem
beweglichen Kontakt über
ein Koppelglied verbundene Schaltwelle und ein das Koppelglied mit
einem Energiespeicher verbindendes mehrgliedriges Koppelgestänge umfasst.
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Besonders
bei Leistungsschaltern mit hoher Selektivität und Schaltleistung sind die
Antriebskräfte zum
Betätigen
eines beweglichen Kontaktes für
einen Einschaltvorgang im Kurzschlussfall dimensioniert (Einschalten „auf einen
Kurzschluss"). Dabei wird
ein Anteil der Antriebsenergie zum mechanischen Durchschalten der
Schaltpole und ein weiterer Anteil der Antriebsenergie zum Durchschalten
gegen die bei einem Kurzschluss auftretenden elektrodynamischen
Stromschleifenkräfte
benötigt.
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Liegt
nun kein Kurzschluss, sondern ein normaler Betriebsfall vor, beispielsweise
bei einem stromlosen Einschaltvorgang oder bei einem Einschaltvorgang
mit kleineren Strömen,
wird dennoch die gesamte Antriebsenergie abgerufen. Um die dann
nicht benötigte
Energie aufzufangen, sind mitunter mechanisch starre oder gedämpfte Einschaltanschläge vorgesehen,
die ein elastisches Überschwingen
der beteiligten Antriebsglieder und der Schaltwelle verhindern sollen.
Diese Einschaltanschläge
dienen auch dazu, Totpunktlagen der beteiligten Teile, insbesondere
des Koppelgestänges,
zu vermeiden, in denen ein ordnungsgemäßer Betrieb des Antriebsstranges
nicht mehr gewährleistet
wäre.
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Mit
der Höhe
der Selektivität
und Schaltleistung der Schaltgeräte
steigt der Anteil der Antriebsenergie, die zum Durchschalten gegen
die elektrodynamischen Stromschleifenkräfte erforderlich ist. Bei Schaltgeräten mit
höchsten
Anforderungen sind mechanische Einschaltanschläge oft nicht mehr ausreichend.
Es kann zu ungewünschten
Prellvorgängen der
beteiligten Teile kommen. Durch solche Prellvorgänge können die Antriebsglieder eines
mehrgliedrigen Koppelgestänges
in eine Lage geraten, die ein sicheres Betriebsverhalten des Antriebsstranges
und damit des Schaltgerätes
verhindert.
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In
den Druckschriften
DE
39 09 230 A1 und
DE
40 13 840 A1 sind Schaltmechanismen mit einem sogenannten
Schaltknebelantrieb beschrieben, wobei die Schließgeschwindigkeit
der elektrischen Kontakte von der Geschwindigkeit abhängt, mit
der der Schaltknebel betätigt
wird. Um die Kontakte möglichst
schnell zu schließen,
ist ein Sperrglied vorgesehen, das die Einschaltung verzögert. Mit
der Betätigung
des Schaltknebels wird zunächst
Energie gespeichert und erst später
bei Erreichen einer „Überwindungskraft" wird das Sperrglied
ausgelenkt, so dass sich die Kontakte schließen. Um das Entsperren der
Schaltvorrichtung mit möglichst
geringen Kräften durchzuführen, schlagen
die beiden genannten Druckschriften eine federunterstützte Hebelkonstruktion
vor, aufgrund derer das System aus einer Übertotpunktlage mit Hilfe einer
sehr geringer Kraft betätigt
werden kann.
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Eine
grundsätzliche
Erläuterung
zur Funktion von Schaltgeräten
mit einem Energiespeicher ist in den Druckschriften
DE 103 43 348 A1 und
DE 101 20 783 C1 angegeben.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das Betriebsverhalten
von Schaltgeräten mit
hoher Selektivität
und Schaltleistung zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1 gelöst. Danach
ist es vorgesehen, dass die mechanische Verbindung zwischen dem
Koppelglied und dem Koppelgestänge eine
Bewegung des Koppelgliedes unabhängig
von einer Bewegung des Koppelgestänges ermöglicht. Anders ausgedrückt ist
eine unabhängige
Bewegung von Koppelglied (und damit der Schaltwelle) und Koppelgestänge möglich, ohne
dass diese aufeinander rückwirken.
Die Entkopplung ist zumindest insoweit rückwirkungsfrei, die das Koppelglied
bzw. die Schaltwelle von dem Koppelgestänge entkoppelt und in ihrer
Bewegungsrichtung unabhängig
von dem Koppelgestänge
bewegbar ist.
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Dadurch
wird sichergestellt, dass das mehrgliedrige Koppelgestänge eine
bei einem Schaltvorgang erreichte sichere Endlage auch bei Prellvorgängen, wie
sie durch einen Überschuss
an Bewegungsenergie der im Schaltpol bewegten Massen auftreten können, nicht
wieder verlässt.
Mit anderen Worten verbleibt das Koppelgestänge auch dann in seiner sicheren
Endlage, wenn es aufgrund von Prellvorgängen oder dergleichen zu Bewegungen
des Koppelgliedes bzw. der Schaltwelle kommt. Dadurch wird ein sehr
sicherer Betrieb des Schaltgerätes
gewährleistet.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorzugsweise
ist die mechanische Verbindung zwischen dem Koppelglied und dem
Koppelgestänge
derart ausgeführt,
dass sie eine Bewegung des Koppelgliedes und damit der Schaltwelle
in dessen Bewegungs- bzw. Betätigungsrichtung
und damit in Richtung eines gedachten oder tatsächlichen Koppelgliedanschlages
ermöglicht.
Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Lage des Koppelgestänges insbesondere
in den Fällen
durch Entkopplung der beteiligten Systeme gesichert werden muss,
in denen sich das Koppelglied bzw. die Schaltwelle auf ihre Endposition
(einen tatsächlichen
oder gedachten Anschlag) zu bewegen oder während eines Schaltvorgangs
auf einen tatsächlichen
Anschlag treffen. Genau dann nämlich
ist die Gefahr am größten, dass
die Glieder des Koppelgestänges,
die sich in diesem Moment oft in einer Totpunktlage oder in dem
Bereich einer Totpunktlage befinden, durch unvorhersehbare Bewegungen
der beteiligten Teile, insbesondere aufgrund von Prellvorgängen, in
eine Lage geraten, die ein sicheres Betriebsverhalten verhindert.
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Eine
von dem Koppelgestänge
unabhängige Bewegung
des Koppelgliedes wird durch die erfindungsgemäße mechanische Verbindung zwischen dem
Koppelglied und dem Koppelgestänge
also vorzugsweise in der Totpunktlage des Koppelgestänges sowie
während
des Einschaltvorganges des Schaltgerätes ermöglicht. Im Normalbetrieb, d.
h. sofern nicht „auf
einen Kurzschluss" geschaltet
wird, ist gerade dann die Gefahr von Prellvorgängen mit unvorhersehbaren Folgen
am größten.
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Als
eine besonders einfache, robuste und sichere Lösung hat sich eine mechanische
Verbindung zwischen dem Koppelglied und dem Koppelgestänge in Form
eines Langlochs erwiesen, in dem ein Bolzen beweglich einliegt.
Mit anderen Worten weist die Verbindung zwischen dem Koppelglied
und dem Koppelgestänge
ein mechanisches Spiel auf. Dabei ist es unerheblich, ob das Langloch
an einem Glied des Koppelgestänges
und der Bolzen an dem Koppelglied vorgesehen ist oder umgekehrt.
Alternativ dazu ist es möglich,
die Entkopplung von Koppelglied und Koppelgestänge mit Hilfe eines zwischen
Koppelglied und Koppelgestänge
angebrachten Federelementes zu erreichen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben,
das mit Hilfe von Zeichnungen näher
erläutert
wird. Hierbei zeigen in vereinfachten, schematischen Darstellungen:
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1 ein
erfindungsgemäßes elektrisches Schaltgerät mit einem
Antriebsstrang in einer ersten Position,
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2 den
Antriebsstrang aus 1 in einer ersten Position,
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3 den
Antriebsstrang aus 2 in einer zweiten Position,
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4 den
Antriebsstrang aus 2 in einer dritten Position
und
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5 den
Antriebsstrang aus 2 in einer vierten Position.
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Ein
erfindungsgemäßes elektrisches
Schaltgerät 1 umfasst
einen beweglichen Kontakt 2 und einen Antriebsstrang 3 zur
Betätigung
des beweglichen Kontaktes 2. Dabei umfasst der Antriebsstrang 3 eine
mit dem beweglichen Kontakt 2 über diverse Antriebselemente
und ein Koppelglied 4 verbundene Schaltwelle 5 und
ein das Koppelglied 4 mit einem Energiespeicher (nicht
abgebildet) verbindendes mehrgliedriges Koppelgestänge 6.
Das Koppelgestänge 6 besteht
aus mehreren Gliedern, die ein Kniegelenk ausbilden, vgl. 1.
Als Energiespeicher dient ein zum Erreichen hoher Einschaltgeschwindigkeiten
ausgebildetes starkes Federelement.
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Wie
in den 2 bis 5 dargestellt, ist das Federelement
mit einer Schublasche 7 verbunden, die wiederum über ein
Verbindungsglied 8 an einer Kipplasche 9 des Koppelgestänges 6 angelenkt ist.
Bei einem Abrufen der in dem Federelement gespeicherten Antriebsenergie,
beispielsweise in einer Größenordnung
von 6000 bis 8000 Newton, erfolgt eine Schubbewegung der Schublasche 7 in
Richtung Kipplasche 9 (Schubrichtung 11) derart,
dass die Schublasche 7 an der Kipplasche 9 anschlägt und die Kipplasche 9 von
ihrer ursprünglichen
Position (2) in eine sichere Anschlagposition
(3) überführt. Dabei
dreht sich die Kipplasche 9 um ihren Anlenkpunkt mit dem
Verbindungsglied 8 (Drehrichtung 12). In der Anschlagposition
schlägt
die Kipplasche 9 mit einer hierfür vorgesehenen und entsprechend
ausgebildeten Anschlagfläche 13 an
einem feststehenden Anschlagbolzen 14 an. In dieser sicheren
Anschlagposition besteht keine Gefahr einer unvorhersehbaren Bewegung
der beteiligten Teile in einer Totpunktlage des Koppelgestänges 6 bzw.
um eine solche Totpunktlage herum. Bei dem Über kippen des Kipplasche 9 in
ihre sichere Anschlagposition kommt es oft zu Prell- bzw. Rückschwingvorgängen. Diese
können
auch durch das Anschlagen des Federelements an dessen Endanschlag
hervorgerufen werden.
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An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass sämtliche Anlenkungen von Laschen
oder dergleichen untereinander mit Hilfe von entsprechenden Lager-
oder Befestigungsbolzen 15 verwirklicht sind, die in dem
gezeigten Ausführungsbeispiel
alle parallel zueinander angeordnet sind.
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An
der Kipplasche 9 ist ein Übertragungsglied 16 angelenkt,
das die Kipplasche 9 mit einer Betätigungslasche 17 verbindet.
Das Übertragungsglied 16 ist
dabei an dem Ende der Kipplasche 9 angelenkt, welches von
der Schublasche 7 beaufschlagt und gegen den Anschlagbolzen 14 fährt, während das
Verbindungsglied 8 an dem gegenüberliegenden Ende der Kipplasche 9 angelenkt
ist.
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Die
Betätigungslasche 17 ist
mit dem Koppelglied 4 verbunden, welches einerseits fest
mit der Schaltwelle 5 und andererseits über weitere Antriebselemente
mit dem beweglichen Kontakt 2 des Schaltgerätes 1 verbunden
ist. Die Betätigungslasche 17 weist
hierzu an ihrem dem Anlenkpunkt des Übertragungsgliedes 16 gegenüberliegenden
Ende ein Langloch 18 auf, in dem ein an dem Koppelglied 4 fixierter
Bolzen 19 beweglich einliegt. Während des Einschaltvorganges
erfolgt eine Kraftübertragung über die
Schublasche 7, die Kipplasche 9, das Übertragungsglied 16 und
die Betätigungslasche 17 auf das
Koppelglied 4, welches sich und damit die Schaltwelle 5 in
Bewegungs- bzw. Betätigungsrichtung 21 dreht.
Dabei befindet sich der Bolzen 19 in einer hinteren Position
des Langloches 18 derart, dass eine Kraftübertragung
von dem Koppelgestänge 6 auf
das Koppelglied 4 möglich
ist, vgl. 3.
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Finden
nun aufgrund eines Überschusses
an Antriebs- oder Bewegungsenergien Prellvorgänge statt, bewegt sich also
beispielsweise das Koppelglied 4 (und damit die Schaltwelle 5)
aufgrund eines auf sie wirkenden, durch die bewegten Massen des Pols
verursachten Moments mpol, dann stellt die
entkoppelte mechanische Verbindung zwischen Betätigungslasche 17 und
Koppelglied 4 sicher, dass das Koppelgestänge 6 in
seiner sicheren Anschlagslage verbleibt. Ohne das Langloch 18 würden sich
Kipplasche 9, Übertragungsglied 16 und
Betätigungslasche 17 nach
dem Überkippen
der Kipplasche 9 „strecken" lassen. Die Lage
von Schublasche 7, Verbindungsglied 8, Kipplasche 9, Übertragungsglied 16 und
Betätigungslasche 17 bleibt
so jedoch trotz einer möglichen
Bewegung des Koppelgliedes 4 unverändert. Eine Rückwirkung
von Prellvorgängen
auf das Koppelgestänge 6 findet
nicht statt. Schaltwelle 5 und Koppelglied 4 können sich
bis zu einem optional vorhandenen Einanschlag 22 weiterbewegen,
ohne die Glieder des Koppelgestänges 6 zu
strecken. Anders ausgedrückt
ist eine Bewegung des Koppelgliedes 4 in dessen Bewegungs-
bzw. Betätigungsrichtung 21 unabhängig von
einer Bewegung des Koppelgestänges 6 möglich. Der
Bolzen 19 wandert dabei beispielsweise von seiner hinteren
Position in dem Langloch 18 in eine vordere Position, vgl. 4.
Bei der in 4 dargestellten Position hat
der Bolzen 19 nach vorn noch etwas Spiel, wenn das Koppelglied 4 an
dem Einanschlag 22 anliegt. Der dem Koppelglied 4 eingeräumte Spielraum
lässt sich
durch die Abmessungen des Langlochs 18 definieren. Er ist
sinnvollerweise derart bemessen, dass das Koppelgestänge 6 unter
keinen Umständen
aus seiner sicheren Anschlagsposition herausbewegt werden kann.
Wird anstelle eines geschlossenen Langlochs 18 ein in Richtung
Kop pelglied 4 offenes Langloch nach Art einer einseitig
offenen Gabel verwendet (nicht abgebildet), dann muss an der gegenüberliegenden
Seite des Koppelgliedes 4 ein Einanschlag 22 vorgesehen sein.
Bei der Verwendung eines geschlossenen Langlochs 18 ist
ein solcher Einanschlag 22 hingegen nicht zwingend erforderlich.
Ein geschlossenes Langloch 18 ist auch dann erforderlich,
wenn bei einer Verschweißung
der Hauptkontakte des Schaltgerätes 1 eine
feste Kopplung zwischen beweglichem Kontakt 2 und Antriebsstrang 3 zur
sicheren Anzeige der Kontaktstellung notwendig ist, es sein denn,
diese Forderung wird durch eine andere Maßnahme erfüllt.
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Die
Betätigungslasche 17 ist
an ihrem Verbindungspunkt mit dem Übertragungsglied 16 zugleich
mit Zuglaschen 23 verbunden, die über ein an einer Halbwelle 24 anschlagendes
Ausklinkglied 25 zum Ausschalten des elektrischen Schaltgerätes 1 dienen.
Zugleich bildet dieses Ausschaltgestänge einen Fixpunkt während des
Einschaltvorgangs. Auf die genaue konstruktive Ausführung des
Ausschaltgestänges
kommt es dabei hier nicht an. Durch die erfindungsgemäße Entkopplung
zwischen Koppelglied 4 und Koppelgestänge 6 wird zum einen
erreicht, dass sich die Glieder des Koppelgestänges 6 stets in einer
Position befinden, in der auf sie die Ausschaltkraft Faus über die
Zuglaschen 23 wirken kann. Zum anderen wird sicher verhindert,
dass bei einem Nachspannen des Federelements die Hauptkontakte geöffnet werden.
Mit anderen Worten verbleibt das Koppelgestänge 6 in seiner sicheren
Anschlagsposition, auch wenn das Federelement nachgespannt wird
und damit die Kipplasche 9 nicht mehr direkt beaufschlagt,
vgl. 5.
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Zusammenfassend
sieht die vorliegende Erfindung eine Entkopplung des Koppelgestänges 6 von
den Gliedern des beweglichen Schaltpols, insbesondere dem Koppelglied 4,
bzw. der Schalt welle 5 zum Zeitpunkt des Totpunktes des
Antriebsstrangs 3 während
des Einschaltvorganges des elektrischen Schaltgerätes 1 vor.
Koppelglied 4 und Koppelgestänge 6 sind also anders
als im Stand der Technik nicht starr miteinander verbunden. Damit
wird ausgeschlossen, dass die Glieder des Koppelgestänges 6 durch
ungewollte Prellvorgänge
um ihre Totpunktlagen, wie sie in ungünstigen Toleranzlagen der Einschaltanschläge vorkommen
können,
in eine Lage geraten, die ein sicheres Betriebsverhalten verhindert.
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- 1
- Schaltgerät
- 2
- beweglicher
Kontakt
- 3
- Antriebsstrang
- 4
- Koppelglied
- 5
- Schaltwelle
- 6
- Koppelgestänge
- 7
- Schublasche
- 8
- Verbindungsglied
- 9
- Kipplasche
- 10
- (frei)
- 11
- Schubrichtung
- 12
- Drehrichtung
- 13
- Anschlagfläche
- 14
- Anschlagbolzen
- 15
- Lager-/Befestigungsbolzen
- 16
- Übertragungsglied
- 17
- Betätigungslasche
- 18
- Langloch
- 19
- Bolzen
- 20
- (frei)
- 21
- Bewegungsrichtung
- 22
- Einanschlag
- 23
- Zuglasche
- 24
- Halbwelle
- 25
- Ausklinkglied